不同坡位植被生长状况与土壤养分空间分布特征

地形和土壤是影响植被群落的重要因素,植被生长状况与土壤养分含量随地形而变化。以吴起县枣庄沟小流域为研究区,采用样方法对不同坡位草地植被群落进行了植被调查,采集0—20cm的表层土壤测定土壤有机质、全氮、全磷含量,研究不同坡位上植被群落与土壤养分变化关系,以期了解黄土高原丘陵沟壑区地形对植被恢复的影响机制,为当地生态恢复提供科学依据与指导。结果表明:不同坡位上草地植被群落物种多样性、丰富度及地上生物量虽无显著差异,但各项指标均表现出坡下>坡中>坡上的趋势,这与土壤养分含量变化趋势相同。其中坡下位置各项土壤养分含量均为最大,植被生长状况最好;而沟坡位置土壤有机质含量、全氮含量、物种丰富度指数与地上生物量均为最低。植被生长状况与土壤养分在不同地形上变化趋势基本一致,具有一定相关性。     

极端暴雨条件下黄土高原水平梯田损毁情况调查分析——以岔巴沟流域“7·26”特大暴雨为例

2017年7月25日20时至26日8时,陕西榆林市11个县区遭遇特大暴雨侵袭,我们于当年10月对位于暴雨中心的岔巴沟流域的梯田损毁情况进行了专项调查。首先通过室内Google Earth近实时影像结合GIS绘图在流域内确定梯田位置和数量,根据修建时间、利用和植被类型将这些梯田分类。在流域内空间分布均匀地选择不同类型典型梯田并进行野外实地测量,统计各类型梯田的损毁情况、损毁形式并估算各类型梯田的土壤侵蚀模数及其流域平均侵蚀模数。结果表明:岔巴沟流域梯田以≤ 4 hm²规模为主,梯田数量上占91.4%,面积上占了50.7%。暴雨造成梯田的损毁形式以田埂表层结皮脱落、田埂滑塌崩塌、田埂冲毁、田面陷穴穿洞为主,有人为干扰时会产生更加剧烈的后果。暴雨造成的梯田损毁侵蚀坑大部分为深度0~0.5 m的侵蚀。老梯田农地、老梯田乔木和老梯田草地侵蚀坑发生频率远远多于新机修梯田,保持在20~36处/100 m。新机修梯田的侵蚀测坑发生频次少,为5处/100 m,但深度可达4.8 m,后果严重。不同类型梯田损毁产生侵蚀模数差异较大,老梯田农地、老梯田草地和老梯田乔木的侵蚀模数为34 000~37 000 t/km²,新机修梯田为19 404.3 t/km²,老梯田灌木侵蚀模数最低,为5 958.4 t/km²。流域内梯田平均侵蚀模数为30 733.4 t/km²。通过本次调查,掌握不同类型梯田在极端暴雨条件下的损毁情况,为黄土高原梯田保护及修复提供数据支持。     

黄土高原地区林地枯枝落叶层水土保持效应研究进展

枯枝落叶层是林地垂直结构中参与水文循环过程的重要作用层,在涵养水源和保持水土中发挥着重要作用。黄土高原经过20年植被快速恢复,枯落物覆盖使近地表植被特征和生态过程变化明显,这必将影响地表土壤水分入渗、产汇流等水文和土壤侵蚀过程。为全面掌握黄土高原地区林地枯枝落叶层的水土保持效应研究动态,系统回顾了林地枯枝落叶层在凋落动态、蓄积量变化、截留降雨、阻延地表径流、提高土壤抗蚀抗冲能力和增加土壤入渗等方面的研究历史。分析了目前林地枯枝落叶层研究中存在的若干问题,提出未来黄土高原地区应加强野外坡面枯落物原位长期监测和降雨试验研究,开展多地貌、多尺度研究,关注天然林和人工林枯枝落叶层水土保持功能的对比研究,以及水文物理过程模型建立和参数确定,并重视林地枯枝落叶层的保护和监管。     

黄土丘陵区退耕坡面草地恢复与土壤物理性质空间分异特征

为了解地形对草地恢复与土壤物理性质的影响以及草地恢复与土壤物理性质之间的影响机制,因地制宜为当地生态恢复提供科学依据。选择吴起县枣庄沟小流域为研究区,对退耕坡面不同坡位草地恢复与土壤物理性质分异特征进行研究。从峁顶到沟底设置8个采样位置,在4面坡共布设128个采样点进行植被调查和土样采集,将0—40 cm土壤分0—10,10—20,20—40 cm 3层进行土壤物理性质测定,并分析其与植被分布的相关关系。结果表明:不同坡位植被分布与土壤物理性质均表现出沟缘线以上的下坡位较优,沟缘线以下的陡沟坡较差的趋势;植被恢复对土壤团聚体有明显改善作用,但对其与土壤物理性质的改善主要集中在0—20 cm表层土壤,对20—40 cm土壤影响较弱;坡度对植被盖度与土壤容重、孔隙度和饱和持水量影响显著且具有极显著相关性,但对团聚体与颗粒组成无显著影响;植被恢复对土壤颗粒组成改善效果缓慢,若土壤颗粒组成被破坏,短期内很难恢复。     

黄土高原不同土地利用方式分层植被的盖度差异

[目的] 分析不同土地利用方式黄土高原植被的覆盖状况,为监测该区植被特别是非绿色植被盖度的变化提供数据支持,为遥感估算植被覆盖度(FVC)在土壤侵蚀预测中的应用提供可靠依据。[方法] 选择黄土高原不同土地利用类型的7块植被样地,采用样带法进行逐半月的分层植被盖度调查,分析了绿色植被盖度(f_PV)和非绿色植被盖度(f_NPV)在不同类型以及不同层次结构下的年内变化,为侵蚀过程模型中植被因素的获取提供参数。[结果] ①沙地、草地、人工柠条林地、人工油松林地、黄陵和秦岭的天然林地等6个样地中,植被的年内投影总盖度变化不大。投影f_PV和其所占投影总盖度的比例年内均随时间先逐渐增加,7—9月达到最大值,其后迅速减小。而投影f_NPV随时间的变化趋势与f_PV相反。受耕作制度影响,耕地投影f_PV和f_NPV年内变化剧烈。②7—9月,在黄陵和秦岭的天然林样地,投影f_PV比例可达100%,其他4种样地分别可达60.6%,70.5%,58.8%和84.9%,意味着仅考虑投影f_PV,将忽略占总盖度39.4%,29.5%,41.2%和15.1%的f_NPV的生态效益。③人工柠条、人工油松林地,黄陵、秦岭的天然林地等4种具有明显植被垂直结构的样地中,乔木层、灌木层和地表层的f_PV与f_NPV的年内变化与投影f_PV与f_NPV的变化趋势基本一致;4种样地植被的投影总盖度与地表层总盖度呈线性关系,其相关性可达0.85(R²)。[结论] 黄土高原不同土地利用方式耕地投影f_PV和f_NPV年内变化剧烈,其他样地年内投影f_PV先增加后减小,投影f_NPV与其相反。占总投影盖度的15.1%～41.2%的投影f_NPV,在该区是不可忽略的地被组成。不同层次的f_PV和f_NPV年内变化趋势与投影f_PV和f_NPV一致,地表层总盖度与投影总盖度也存在显著的线性相关性。在区域监测时应重点关注耕地植被盖度的提取季节与地表总盖度。     

退耕还林(草)背景下黄土丘陵沟壑区农业生态经济系统耦合发展态势——以陕西省吴起县为例

[目的] 探究黄土丘陵沟壑区农业生态经济系统的耦合协调关系与演变趋势,对科学评价该地区生态经济效益、实现农业生态经济协调与可持续发展具有重要意义。[方法] 以陕西省吴起县为研究对象,基于农业生态与农业经济数据,构建农业生态经济系统评价指标体系,运用熵权法、耦合协调度模型和耦合度模型分析了农业生态与农业经济的综合评价指数、耦合协调状态及耦合度演变趋势。[结果] 1990—2019年,吴起县农业生态综合评价指数呈现先下降后上升的发展趋势,农业经济综合评价指数经历较快速上升—稳定发展—快速上升的发展过程;耦合协调度指数由0.29上升至0.63,反映了该地区农业生态与农业经济的协调发展不断增强,耦合协调状态由轻度失调演变为初级协调水平;耦合度表现为先下降后上升趋势,系统由耗损发展阶段过渡到协调发展阶段,说明吴起县农业生态经济系统不断趋于协调发展的态势。[结论] 在丘陵沟壑区,我们应该继续以生态保护为基础,优化产业结构,调整生态与经济的发展关系,更好地实现农业生态环境与农业经济的协调发展。     

不同人工造林树种及其配置方式对土壤理化性质影响分析

人工造林是黄土高原改善生态环境,减少水土流失的重要手段。不同树种及其配置方式下地表植被的生长、土壤理化性质的差异影响着生态水文功能的强弱。以长武王东沟流域8种造林树种和不同配置径流小区为研究对象,采用样方法进行造林地及林下地表植被调查,分层采样测定0—40cm土层土壤容重、孔隙度、有机质含量,分析不同人工造林模式下土壤理化性质,并初步分析了植被特征与土壤理化性质间的关系。结果表明:不同造林方式小区内林下草本层虽然覆盖度区别很大,但物种丰富度、多样性、均匀度指数差异不显著。0—20cm表层土壤理化性质变异性小于20—40cm土层。不同人工造林方式间土壤容重差异显著,且对20—40cm层土壤的毛管孔隙度、总孔隙度有显著性影响。不同造林方式下草本层丰富度、多样性指数与林下土壤毛管孔隙度相关性显著。草本层丰富度、多样性与0—20cm表层土壤的保水作用存在良好的对应关系。相比较而言,0—40cm土壤剖面上,草地和侧柏刺槐混交林地下的土壤孔隙度和有机质等理化性质,以及相关的蓄水性和入渗性等生态水文功能要好于其他造林林种。     

黄土高原沟壑区不同植被对土壤水分分布特征影响

为探讨黄土高原不同植被类型下土壤水分分布特征,揭示其生态水文效应,以长武县王东沟小流域定位监测小区为研究对象,于2013年5月—2014年4月使用中子仪法对坡面4种植被覆盖类型(草地、沙棘、油松、沙棘油松混交林)下0—500cm深剖面上土壤水分进行了完整水文年的实际观测。结果表明:(1)草地平均土壤含水量显著高于沙棘、油松、沙棘油松混交林地(p0.05)。草地小区平均土壤水分含量随深度呈增加趋势,而沙棘、油松和沙棘油松混交林地表现为增加—减少—增加的倒"S"型;(2)500cm剖面上,草地和油松林地土壤水分变异系数小于沙棘和油松沙棘混交林地。4种植被覆盖类型下土壤水分都表现出春、冬积累和恢复,夏、秋消耗的季节性规律;(3)降雨量对0—200cm的土壤水分贮量具有明显影响,200—500cm土壤贮水量较为稳定,植被类型的不同增加了土壤储水量的差异。可见,草地土壤水分含量相对较高,变异性小;其他乔灌木植被类型土壤含水量相对较低,变异性大。降雨量的输入和温度的变更使土壤含水量的变化无论在剖面上还是随着时间进展具有一致性,而植被类型的影响则是在这种一致性基础上增大土壤含水量对降雨和温度的响应。     

黄土高原不同地貌类型区植被恢复潜力及其土地利用变化

黄土高原1999年开始的退耕还林（草）工程，对植被覆盖与土地利用结构产生了深刻影响，评估黄土高原未来植被恢复潜力、植树造林适宜区以及土地利用变化，对黄土高原生态保护和高质量发展具有重要意义。该研究基于北洛河流域2020年下垫面状况，借鉴"相似生境法"，对不同地貌类型区的未来恢复潜力、植树造林适宜区与土地利用变化进行了分析。结果表明：1）丘陵沟壑区目前平均植被盖度为61.9%，未来20~30 a仍有9.2%左右的上升空间，植被可恢复土地面积约占丘陵区的36.4%。土石山林区尚有11.5%的土地面积具有恢复余地，高塬沟壑区与阶地平原区植被盖度恢复余地很小。2）未来土地利用变化面积主要集中在丘陵沟壑区，与2020年相比，其耕地将减少47.4%，而林地与草地会增加0.7%与15.8%。土石山林区耕地将减少23.0%，林地与草地分别会增加0.2%与36.0%。3）基于"适地适树"原则下的情景模拟，高塬沟壑区与阶地平原区分别有279.16、233.73 km2面积可植树造林，而丘陵沟壑区大片可退耕土地适宜于自然恢复。结果表明，丘陵沟壑区仍是未来生态恢复重点关注区域，是黄河流域生态保护和高质量发展的热点区域。